Ingeniería genética y la biotecnología moderna surgió como resultado de los avances en microbiología, genética y bioquímica. Los avances en biología molecular, genética molecular y biología celular, así como métodos experimentales recientemente descubiertos y nuevos equipos, han proporcionado tasas increíbles de desarrollo en ingeniería genética y biotecnología.

Propósito de la ingeniería genética.

El objetivo de la ingeniería genética es cambiar la estructura de los genes, su ubicación en el cromosoma y regular su actividad de acuerdo con las necesidades humanas. Para lograr este objetivo, se utilizan diversos métodos que permiten la producción de proteínas a escala industrial, la creación de nuevas variedades vegetales y razas animales que mejor respondan a las necesidades, y el diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades humanas infecciosas y hereditarias.

Los objetos de la investigación en ingeniería genética son virus, bacterias, hongos, animales (incluido el cuerpo humano) y células vegetales. Una vez que la molécula de ADN de estos seres vivos se purifica de otras sustancias en la célula, las diferencias materiales entre ellos desaparecen. Una molécula de ADN purificada se puede escindir mediante enzimas en segmentos específicos, que luego se pueden unir mediante enzimas reticulantes si es necesario. Los métodos modernos de ingeniería genética permiten reproducir cualquier segmento de ADN o reemplazar cualquier nucleótido en una cadena de ADN por otro. Por supuesto, estos éxitos se lograron como resultado de un estudio constante de las leyes de la herencia.

La ingeniería genética surgió como resultado del descubrimiento de enzimas que dividen específicamente la base material de la herencia: la molécula de ADN en segmentos y conectan estos segmentos con sus extremos entre sí, así como el método electroforético, que hace posible para separar con precisión segmentos de ADN a lo largo de su longitud. La creación de métodos y equipos para determinar la secuencia específica de nucleótidos que forman una molécula de ADN, así como para la síntesis automática de cualquier segmento de ADN deseado, aseguró el desarrollo de la ingeniería genética a un ritmo rápido.

El desarrollo del deseo de los científicos de controlar la herencia se vio facilitado por la evidencia que indica que la base de la herencia de todas las plantas y animales es la molécula de ADN, que las bacterias y los fagos también obedecen las leyes de la herencia, que el proceso de mutación es común a todos los seres vivos. y puede regularse mediante métodos experimentales.

Luis Paster

El gran científico francés Louis Pasteur, habiendo desarrollado un método para la obtención de clones, fue el primero en demostrar que las bacterias son diversas, tienen herencia y sus propiedades están estrechamente relacionadas con esta última (Fig. 1, 2).

Twort y D'Herrel

En 1915, Twort y D'Herrel demostraron que los fagos (los fagos son virus que se reproducen en bacterias), que se multiplican espontáneamente dentro de las bacterias, pueden destruirlas. Los microbiólogos depositaron sus esperanzas en el uso de fagos contra los microbios que causan enfermedades infecciosas peligrosas. Sin embargo, las bacterias son resistentes a los fagos debido a mutaciones espontáneas. La herencia de estas mutaciones protege a las bacterias de la destrucción por los fagos.

Al multiplicarse dentro de una célula, los virus y los fagos pueden destruirla o, al introducirse en el genoma de la célula, cambiar su herencia. Para cambiar la herencia de un organismo, se utilizan ampliamente los procesos de transformación y transducción.

Josué y Esther Lederberg

En 1952, Joshua y Esther Lederberg, utilizando el método de copia (replicación) de colonias bacterianas, demostraron la existencia de mutaciones espontáneas en las bacterias (Fig. 3). Desarrollaron un método para aislar células mutantes mediante replicación. Bajo la influencia del entorno externo, aumenta la frecuencia de mutaciones. Métodos especiales permiten ver a simple vista clones de nuevas cepas formadas como resultado de mutaciones.

Método de replicación colonias bacterianas se lleva a cabo de la siguiente manera. Se estira una tela de terciopelo esterilizada sobre la superficie de un dispositivo de madera y se aplica a una colonia de bacterias que crece en la superficie de una placa de Petri destinada al trasplante de réplicas. Luego las colonias se transfieren a una placa de Petri limpia con un medio nutritivo artificial. Material del sitio

Etapas de la ingeniería genética.

La ingeniería genética se lleva a cabo en varias etapas.

• Se identifica un gen de interés en función de su función, luego se aísla, se clona y se estudia su estructura.
• El gen aislado se combina (recombina) con el ADN de algún fago, transposón o plásmido que tenga la capacidad de recombinarse con un cromosoma, y ​​de esta forma se crea una construcción vectorial.
• La construcción del vector se inserta en la célula (transformación) y se obtiene una célula transgénica.
• Se pueden obtener organismos maduros a partir de una célula transgénica en condiciones artificiales.

Ingeniería genética (genética)

Ingeniería genética (genética)- diseño artificialmente estructuras genéticas y organismos modificados hereditariamente. La ingeniería genética es una sección (rama aplicada) de la genética molecular asociada con la creación dirigida de nuevas moléculas de ADN capaces de multiplicarse en una célula huésped. En este caso, se produce un cambio artificial y intencionado en el genotipo del organismo (microorganismo) y la formación de nuevas características y propiedades. La ingeniería genética se ocupa de decodificar la estructura de los genes, su síntesis y clonación, y de la inserción de genes aislados de células de organismos vivos en células de plantas y animales para cambiar específicamente sus características genéticas.

Los métodos bien desarrollados de ingeniería genética son la transgénesis, la síntesis microbiológica, etc.

Transgénesis– transferencia de genes de un tipo de organismo a otro. La transgénesis se lleva a cabo cortando y uniendo secciones de ADN con la participación de enzimas: enzimas de restricción y ligasas.

Etapas de la transgénesis:

a) aislamiento de genes (fragmentos de ADN) de células bacterianas, vegetales o animales mediante una enzima enzimas de restricción;

b) conexión (unión) de genes (fragmentos de ADN) con un plásmido mediante una enzima ligasas;

c) introducción de un ADN plásmido híbrido que contiene el gen deseado en la célula huésped;

d) copiar (clonar) este gen en la célula huésped y asegurar su funcionamiento según el esquema: “Código de ADN – transcripción – traducción – proteína”

Herramientas de ingeniería genética son enzimas descubiertas en 1974 - enzimas de restricción (endonucleasas de restricción). Las enzimas de restricción reconocen secciones (sitios) de ADN y realizan cortes en las cadenas de ADN. En los extremos de cada fragmento se forman colas monocatenarias, llamadas “ extremos pegajosos" ya que pueden, por así decirlo, mantenerse unidos debido a la complementariedad.

Las enzimas de restricción reconocen una secuencia específica de nucleótidos de ADN en el ADN de doble cadena. Luego, la enzima de restricción se une al sitio de nucleótido reconocido y lo corta en el sitio de unión. Más a menudo, las enzimas de restricción reconocen regiones de 4 a 6 pares de nucleótidos en una molécula de ADN y cortan ambas hebras de ADN en el medio de estas regiones o generalmente con un desplazamiento. Ejemplos de enzimas de restricción: enzima de restricción Eco RI, que reconoce un fragmento de ADN de seis nucleótidos GAATTC (el sitio de corte entre los nucleótidos G y A de ambas cadenas de ADN); enzima de restricción trasero III reconoce la región AAGCTT (el sitio de corte entre los nucleótidos A y A de ambas cadenas de ADN); enzima de restricción Bam yo reconoce la región GGATCC (el sitio de corte entre los nucleótidos G y G de ambas cadenas de ADN); enzima de restricción Hae III reconoce el sitio GGC (el sitio de corte entre los nucleótidos G y C de ambas cadenas de ADN); enzima de restricción Hpa II reconoce la región CCGG (el sitio del corte entre los nucleótidos C y C de ambas cadenas de ADN).

A continuación, para construir un organismo modificado genéticamente, es necesario introducir el gen deseado en la célula de este organismo. La introducción de genes extraños en el cuerpo se lleva a cabo utilizando vector de plásmido. El vector es plásmido – pequeña molécula circular de ADN que se extrae del citoplasma de una célula bacteriana. Plásmidos– factores de herencia ubicados fuera de los cromosomas, que representan ADN extracromosómico.

Arroz. 37.

A– Esquema de introducción de ADN extraño en un plásmido bacteriano mediante enzimas (endonucleasa de restricción y ligasa).

B– Esquema de transferencia de genes humanos responsables de la síntesis de la hormona insulina y la formación del vector de ADN.

Propiedades del plásmido: 1) tiene la capacidad de replicación autónoma; 2) contiene genes que codifican antibióticos; 3) son capaces de integrarse en el cromosoma de la célula receptora; 4) reconoce secciones de ADN que pueden cortarse mediante enzimas de restricción; 5) una enzima de restricción puede cortar el plásmido y transferirlo a un estado lineal. Los investigadores utilizan estas propiedades del plásmido para obtener ADN recombinante (híbrido).

La secuencia de introducción de ADN en un plásmido (vector plasmídico) utilizando una enzima de restricción.(Figura 37 A):

1) restricción– corte de la molécula de ADN con una enzima de restricción, formación de fragmentos de ADN y aislamiento del gen requerido;

2) inclusión del gen aislado en un plásmido, es decir, obtener ADN recombinante (híbrido) introduciendo un fragmento de ADN extraño en un plásmido;

3) ligadura– reticulación de enzimas ligasa plásmido (vector) y fragmentos de ADN extraño; en este caso, los extremos del vector y el ADN extraño (los llamados "extremos adhesivos") son complementarios entre sí;

4) transformación– introducción de un plásmido recombinante en el genoma de otra célula (célula receptora), en particular una célula bacteriana.

Cabe señalar que los plásmidos penetran sólo en una parte de las bacterias tratadas. Las bacterias transformadas, junto con los plásmidos, adquieren resistencia a un antibiótico particular, lo que permite separarlas de las bacterias no transformadas que mueren en un medio que contiene un antibiótico. Cada una de las bacterias transformadas, colocadas en un medio nutritivo, se multiplica y forma una colonia de muchos miles de descendientes: un clon.

5) cribado– selección entre bacterias transformadas de aquellas que contienen plásmidos con el gen deseado.

Animales y plantas transgénicos.

Los genes clonados se introducen en óvulos de mamíferos o protoplastos de plantas (una célula aislada sin pared celular) mediante microinyección, y luego se cultivan animales o plantas a partir de ellos, en cuyo genoma operan genes extraños. Las plantas y animales cuyos genomas han sido alterados mediante operaciones de ingeniería genética se denominan organizaciones transgénicas (plantas y animales transgénicos), porque contiene genes extraños. Se obtuvieron ratones, conejos, cerdos y ovejas transgénicos. Su genoma contiene genes de bacterias, mamíferos y humanos. Se han obtenido plantas transgénicas (maíz, pimiento, tomate, trigo, centeno, legumbres, patatas, etc.) que contienen genes de especies no relacionadas. Las plantas transgénicas son resistentes a herbicidas, insectos, condiciones de lluvia desfavorables, etc. Poco a poco se va solucionando el problema de cambiar la herencia de muchas plantas agrícolas.

Mapa genético de los cromosomas. Terapia genética

Un mapa genético de cromosomas es un diagrama de la disposición relativa de genes ubicados en el mismo grupo de enlace. Estos mapas se compilan para cada par de cromosomas homólogos. El mapa genético muestra el orden de los genes en el cromosoma y la distancia entre ellos (el porcentaje de cruce entre ciertos genes). Así, la creación de nuevas cepas de microorganismos capaces de sintetizar hormonas, proteínas y fármacos se basa en el conocimiento de los mapas genéticos de los microorganismos. mapas genéticos los humanos son necesarios para la genética médica. El conocimiento sobre la localización de un gen en un cromosoma específico se utiliza en el diagnóstico de varias enfermedades hereditarias, así como en la terapia génica para corregir la estructura y función de los genes.

Terapia genética – reemplazar genes defectuosos por otros intactos o corregir su estructura.

Para combatir las enfermedades hereditarias, oncológicas y relacionadas con la edad, se están desarrollando métodos de terapia génica que sean seguros para las células humanas. Utilizando métodos de terapia génica, es posible reemplazar genes defectuosos en el cuerpo en los que se han producido mutaciones por otros intactos. Hoy en día, los científicos dominan los métodos. bioseguridad humana: Introducción de los genes necesarios en las células del cuerpo humano. Esto le permitirá deshacerse de muchas enfermedades hereditarias.

Síntesis microbiológica

Los métodos de ingeniería genética han permitido implementar síntesis microbiológica(Figura 37 B). Utilizando métodos de ingeniería genética, los microbiólogos pudieron obtener cepas de bacterias, gracias a las cuales se lleva a cabo con éxito la síntesis microbiológica. Para ello, se seleccionan las células bacterianas necesarias que no contengan plásmidos. Se aíslan moléculas de ADN con una determinada secuencia de nucleótidos, que determinan el desarrollo del rasgo deseado. Se introduce un plásmido con una sección de ADN integrada (genoma) en una célula bacteriana, en la que la sección de ADN incorporada comienza a funcionar (tienen lugar procesos de replicación, transcripción y traducción) y se sintetiza en la célula bacteriana. la proteína adecuada(interferón, geneferón, inmunoglobulina, insulina, somatotropina, etc.). Las hormonas (insulina, somatotropina), muchos aminoácidos, antibióticos, vacunas, etc. se obtienen en cantidades industriales. Estas bacterias se multiplican a escala industrial y producen la proteína necesaria.

Al usar métodos genéticos Se ha obtenido una cepa del microorganismo Pseudomonas denitrificans, que produce decenas de veces más vitamina C y vitamina B que forma original; Una nueva cepa de la bacteria Micrococcus glutamicus secreta cientos de veces más aminoácido lisina que el cultivo original (silvestre) de la bacteria productora de lisina.

Ingeniería celular

Ingeniería celular– cultivo de células o tejidos individuales en medios artificiales especiales, desarrollo de métodos para crear un nuevo tipo de células hibridándolas, reemplazando cromosomas y cultivando híbridos a partir de ellas.

1. Método de cultivo de tejidos

El método consiste en cultivar células aisladas o trozos de tejido en un medio nutritivo artificial en condiciones microclimáticas adecuadas. Como resultado del cultivo, las células vegetales o trozos de tejido se regeneran hasta formar una planta completa. Mediante la propagación microclonal de células individuales o trozos de tejido (normalmente el meristemo apical de un tallo o raíz), se pueden obtener muchas plantas útiles. Se seleccionan experimentalmente las condiciones microclimáticas y los medios nutritivos para la regeneración de plantas ornamentales, culturales y medicinales. El cultivo de tejidos también se utiliza para producir plantas diploides después de tratar las formas haploides originales con colchicina.

2. Hibridación somática

La hibridación somática incluye la producción de células híbridas y, a partir de ellas, nuevas formas; fertilización artificial de óvulos.

Obtención de nuevas plantas híbridas mediante fusión de protoplastos (núcleo y citoplasma) de diversas células en cultivo de tejidos. Para fusionar protoplastos, se destruye la pared celular de la planta con la ayuda de enzimas y se obtiene un protoplasto aislado. Al cultivar tales protoplastos. diferentes tipos las plantas se fusionan y forman formas con nuevas características útiles. La fertilización artificial de óvulos se lleva a cabo mediante el método de fertilización in vitro (FIV), que permite la fertilización de óvulos in vitro con la posterior implantación del embrión en una etapa temprana de desarrollo y superar algunas formas de infertilidad en humanos.

3. Ingeniería cromosómica– sustitución de cromosomas individuales en células vegetales o adición de otros nuevos. Los diploides tienen pares de cromosomas homólogos y estos organismos se denominan disómicos. Si queda un cromosoma en cualquier par, se forma una monosomía. Si agrega un tercer cromosoma homólogo a cualquier par, se forma un trisómico, etc. Es posible reemplazar cromosomas individuales de una especie con cromosomas de otra especie. Recibió las formas se llaman sustituidas.

¿Qué es la ingeniería genética?

La ingeniería genética es una tecnología nueva y revolucionaria con la que los científicos pueden extraer genes de un organismo e introducirlos en cualquier otro. Los genes son el programa de la vida: son construcciones biológicas que forman el ADN y que determinan las características específicas inherentes a tal o cual organismo vivo. El trasplante de genes cambia el programa del organismo receptor y sus células comienzan a producir diversas sustancias que, a su vez, crean nuevas características dentro de ese organismo.
Con este método, los investigadores pueden cambiar propiedades y características específicas en la dirección que deseen, por ejemplo, pueden desarrollar una variedad de tomate con una vida útil más larga o una variedad de soja resistente a los herbicidas. La ingeniería genética es un método de biotecnología que se ocupa de la investigación sobre la reestructuración de genotipos. El genotipo no es sólo una suma mecánica de genes, sino un sistema complejo que se ha desarrollado durante la evolución de los organismos. La ingeniería genética permite transferir información genética de un organismo a otro mediante operaciones in vitro. La transferencia de genes permite superar las barreras entre especies y transferir características hereditarias individuales de un organismo a otro. Los portadores de la base material de los genes son los cromosomas, que incluyen ADN y proteínas. Pero los genes de formación no son químicos, sino funcionales.
Desde un punto de vista funcional, el ADN consta de muchos bloques que almacenan una cierta cantidad de información: los genes. La acción del gen se basa en su capacidad para determinar la síntesis de proteínas a través del ARN. La molécula de ADN contiene, por así decirlo, información que determina la estructura química de las moléculas de proteínas. Un gen es una sección de una molécula de ADN que contiene información sobre la estructura primaria de cualquier proteína (un gen, una proteína). Como hay decenas de miles de proteínas en los organismos, hay decenas de miles de genes.

La totalidad de todos los genes de una célula constituye su genoma. Todas las células del cuerpo contienen el mismo conjunto de genes, pero cada una de ellas implementa una parte diferente de la información almacenada. Por lo tanto, por ejemplo, células nerviosas Se diferencian de las células del hígado tanto en sus características estructurales como funcionales y biológicas. La reestructuración de genotipos, al realizar tareas de ingeniería genética, es cambios cualitativos genes no asociados con cambios en la estructura cromosómica visibles en un microscopio. Los cambios genéticos están asociados principalmente con la transformación. estructura química ADN.
La información sobre la estructura de una proteína, escrita como una secuencia de nucleótidos, se implementa como una secuencia de aminoácidos en la molécula de proteína sintetizada. Un cambio en la secuencia de nucleótidos en el ADN cromosómico, la pérdida de algunos y la inclusión de otros nucleótidos, cambia la composición de las moléculas de ARN formadas en el ADN, y esto, a su vez, determina una nueva secuencia de aminoácidos durante la síntesis. Como resultado, la célula comienza a sintetizar una nueva proteína, lo que conduce a la aparición de nuevas propiedades en el organismo. La esencia de los métodos de ingeniería genética es que genes individuales o grupos de genes se insertan o excluyen del genotipo de un organismo. Como resultado de insertar un gen previamente ausente en el genotipo, la célula puede verse obligada a sintetizar proteínas que no había sintetizado previamente.

Problemas de la ingeniería genética.

Las posibilidades de una de las creaciones más importantes de la ciencia del siglo XX, la ingeniería genética, han excitado durante mucho tiempo la imaginación de la humanidad, ya que se ha acercado a lo más importante del cuerpo humano: las leyes de vida de su cuerpo. Pero si hace quince años los resultados del trabajo de los biotecnólogos se asociaron principalmente con el desarrollo de nuevas variedades de zanahorias o una nueva raza de vacas lecheras, hace un par de años resultó posible comunicarse con la ovejita Dolly. , clonado por biólogos escoceses, y el año pasado se anunció la creación del primer más o menos mapa general genoma humano. En el contexto de los avances en el campo de la biología, los éxitos de temporadas anteriores pasan a un segundo plano: otros nuevos tecnologías de la información. Pocas personas están ahora interesadas en la cuestión de cuándo una persona podrá caminar libremente en Marte; el debate sobre cuándo será posible clonar a una persona y, en consecuencia, cómo evitarlo, es mucho más apremiante: una especie de asentimiento; a la moral y la ética.

Ingeniería genética: ¿enemiga o amiga? Perspectiva histórica...

Perspectiva histórica

Como saben, la vida se originó en la Tierra hace aproximadamente 4,6 mil millones de años y, sin importar las formas que adoptó, la misma sustancia fue responsable de las manifestaciones de vida de cada organismo: el ácido desoxirribonucleico (también conocido como ADN). El ADN, consagrado en los genes, determinó y todavía determina (y en el futuro, aparentemente, bajo la estricta guía del hombre) la actividad metabólica de las células necesarias para su supervivencia, y esta es la vida misma. definición sencilla . En realidad, el término “genes” no se utilizó hasta principios del siglo pasado, aunque las investigaciones sobre cómo funcionan comenzaron en el siglo XIX. El monje austriaco Gregor Mendel pasó muchos años observando los retoños de las plantas de guisantes que cultivaba en el jardín del monasterio. Al registrar las características externas (la altura del tallo, el color de los pétalos, la forma de los guisantes), pudo sugerir teóricamente la existencia de ciertos "factores" que la descendencia hereda de las plantas madre. Al igual que Colón, Mendel murió sin saber lo que había descubierto. Desde principios del siglo XX se ha producido un auge en la investigación sobre la estructura celular. Los biólogos lograron establecer qué funciones realiza el núcleo celular y resolver el misterio de la naturaleza de los cromosomas. Lo más importante fue que quedó clara la naturaleza de la traducción de las moléculas de ADN: durante la meosis, que precede a la aparición de los óvulos y los espermatozoides, el número de cromosomas que contienen el ADN se reduce a la mitad, lo que posteriormente, con la fusión de Las células germinales permitirán que sus núcleos se combinen en un solo todo, para dar lugar a un nuevo organismo con un conjunto de genes completamente único. En 1953, finalmente fue posible aislar la estructura de doble hélice del ADN, que ahora todo escolar conoce de vista. El ADN ahora es reconocido como un lenguaje biológico universal que unirá a todos los organismos que viven en la Tierra: humanos y bacterias, hongos y plantas. Sin embargo, el siglo XX no es sólo un siglo de descubrimientos fundamentales, sino también un siglo de ingeniería: la aplicación práctica de esos mismos descubrimientos. Por lo tanto, junto con la investigación en curso sobre cómo "funciona todo esto en general", varias ramas de la ingeniería genética y diversas biotecnologías se desarrollaron a pasos agigantados. Desde el principio, este tipo de pensamiento de ingeniería se centró principalmente en cómo algunos organismos vivos con un determinado gen podrían usarse para mejorar otros: estábamos hablando de plantas o animales. En los años setenta, los científicos aprendieron a cortar secciones del ADN de un organismo y trasplantarlos a otro, lo que supuso una pequeña revolución en la producción de diversos fármacos: insulina, hormona del crecimiento humano, etc. Desde hace muchos años se intenta implementar la llamada terapia genética humana: a las personas que carecen de ciertos componentes de su conjunto genético o que presentan algún defecto se les trasplantan genes de otras personas. El conocimiento adquirido a través de la genética se utiliza ampliamente en el campo de la reproducción humana. Mucha gente sabe que, bajo determinadas condiciones, es muy posible criar hijos "a partir de un tubo de ensayo" y, en algunas situaciones de infertilidad femenina, recurrir a madres sustitutas en busca de ayuda. Las plantas genéticamente modificadas (cereales resistentes a las heladas, patatas transgénicas, tomates de maduración rápida, etc.) ya están apareciendo en mesas de comedor, aunque hasta el momento no han causado mucho revuelo.

Ingeniería genética: ¿enemiga o amiga? Las posibilidades de la ingeniería genética...

Posibilidades de la ingeniería genética, Proyecto Genoma Humano

Naturalmente manipulaciones exitosas con los genes de plantas y animales no podía sino llevar a una pregunta bastante resbaladiza: ¿qué pasa con los humanos? Si es posible mejorar a los animales, ¿por qué no mejorar a los humanos? Sin embargo, primero es necesario comprender el conjunto de genes humanos. Así, en 1990 surgió una iniciativa para mapear los cromosomas humanos, que constan de entre 26.000 y 30.000 genes. El proyecto recibió el nombre simple de “Genoma Humano” y se suponía que presentaría aproximadamente mapa completo genoma alrededor del año 2005. El proyecto incluye grupos de investigación de diferentes países, y desde finales de los años 90. Se crean empresas especiales cuya tarea principal es facilitar y acelerar la comunicación entre dichos grupos. A principios de 2001 ya se habían cartografiado completamente 2 cromosomas: el 21 y el 22.

Sin embargo, la principal sensación del año pasado fue el descubrimiento por parte del grupo de Craig Venter de un mapa general del genoma humano. Los científicos dicen que si comparamos esta tarjeta con las comunes, difícilmente sería posible utilizarla para llegar a la tienda de la calle vecina, pero en cualquier caso, el hecho mismo de su existencia habla del comienzo de la era de la genética. patentar, y esto, a su vez, plantea muchas cuestiones que ya no son biológicas, sino éticas y legales. Aunque los científicos dicen que el objetivo principal del mapeo del genoma es la necesidad de comprender cómo funciona el cuerpo humano para resistir más eficazmente diversas enfermedades, y ese conocimiento puede facilitar en gran medida la creación de nuevos medicamentos, la necesidad de ambos regulación legal la pregunta: cómo y qué se puede hacer con el cuerpo humano, y la respuesta a la pregunta: ¿dónde debemos detenernos? ¿Puede una persona volverse como el Creador y empezar a crear nuevas criaturas por sí misma? El mapeo del genoma humano se compara a menudo con acontecimientos tan revolucionarios como, por ejemplo, el aterrizaje del hombre en la luna. Sin embargo, ahora hay una diferencia significativa: si los programas espaciales son una de las tareas del Estado, entonces los grupos que participan en el proyecto, por regla general, cuentan con financiación privada, por lo que las empresas no estatales tendrán los derechos de autor de sus desarrollos. . ¿Qué harán con ellos?

Imaginemos que en un futuro próximo el mapa se trazará con bastante precisión y se podrá describir a cada persona de esta manera. Surge la pregunta: ¿quién tendrá acceso a esta información? ¿Hasta qué punto puede una persona mantener intacta la información más “íntima” sobre sí misma? ¿Se negarán los empleadores a contratar a una persona que tenga predisposición genética a cualquier tipo de cáncer? ¿Será posible el seguro médico en una situación en la que el genoma de cada persona individual proporcione información sobre todas las enfermedades potenciales? Tony Blair habló de la necesidad de elaborar retratos genéticos de los delincuentes. Y parece que los científicos están dispuestos a trabajar en el descubrimiento de genes especiales responsables del comportamiento desviado en las personas. Sin embargo, muchos expertos ya están asustados por la perspectiva de que en un futuro próximo la sociedad cambie la solución a diversos problemas: delincuencia, pobreza, racismo, etc. - sobre los genetistas y la ingeniería genética: "dicen, se trata de genes, si algo anda mal, entonces no es asunto de la sociedad, sino de la predisposición genética de los individuos". Después de todo, en general, muchas personas olvidan que solo algunas enfermedades raras son causadas únicamente por un conjunto de genes, y aquellas enfermedades que generalmente llamamos genéticas (cáncer, trastornos cardiovasculares) son solo en parte de naturaleza genética, en muchos sentidos la probabilidad de su ocurrencia, en primer lugar, el giro depende de las medidas adoptadas por la persona misma y la sociedad, y por lo tanto no puede haber nada peor que una sociedad que se lava las manos ante tal situación. El método más común de ingeniería genética es el método de obtención recombinante, es decir. que contiene un gen extraño, el plásmido. Los plásmidos son moléculas circulares de ADN de doble cadena que constan de varios miles de pares de nucleótidos.

Este proceso consta de varias etapas:
1. Restricción: cortar el ADN, por ejemplo, el ADN humano en fragmentos.
2. Ligación: un fragmento con el gen deseado se incluye en plásmidos y se une.
3. La transformación es la introducción de plásmidos recombinantes en células bacterianas. Las bacterias transformadas adquieren ciertas propiedades. Cada una de las bacterias transformadas se multiplica y forma una colonia de muchos miles de descendientes: un clon.
4. El cribado es la selección entre clones de bacterias transformadas de aquellas con plásmidos que portan el gen humano deseado.

Todo este proceso se llama clonación. Mediante la clonación es posible obtener más de un millón de copias de cualquier fragmento de ADN de una persona u otro organismo. Si el fragmento clonado codifica una proteína, entonces es posible estudiar experimentalmente el mecanismo que regula la transcripción de este gen, así como producir esta proteína en la cantidad requerida. Además, un fragmento de ADN clonado de un organismo se puede introducir en las células de otro organismo. Esto puede lograr, por ejemplo, rendimientos altos y estables gracias al gen introducido que proporciona resistencia a una serie de enfermedades. Si se introducen en el genotipo de las bacterias del suelo los genes de otras bacterias que tienen la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico, las bacterias del suelo podrán convertir este nitrógeno en nitrógeno fijado en el suelo. Al introducir en el genotipo de la bacteria E. coli un gen del genotipo humano que controla la síntesis de insulina, los científicos lograron la producción de insulina a través de dicha E. coli. En mayor desarrollo ciencia, será posible introducir genes faltantes en el embrión humano y así evitar enfermedades genéticas.

Los experimentos de clonación de animales se llevan a cabo desde hace mucho tiempo. Basta con extraer el núcleo del óvulo, implantar en él el núcleo de otra célula extraída del tejido embrionario y cultivarlo, ya sea en un tubo de ensayo o en el útero de una madre adoptiva. La oveja clonada Doli fue creada de una manera poco convencional. Se trasplantó un núcleo de la célula de la ubre de una oveja adulta de 6 años de una raza a un óvulo libre de armas nucleares de una oveja de otra raza. El embrión en desarrollo fue colocado en una oveja de la tercera raza. Dado que la oveja nacida recibió todos los genes de la primera oveja donante, se trata de su copia genética exacta. Este experimento abre muchas oportunidades nuevas para la clonación de razas de élite, en lugar de muchos años de selección. Los científicos de la Universidad de Texas han conseguido prolongar la vida de varios tipos de células humanas. Por lo general, una célula muere después de pasar por entre 7 y 10 procesos de división, pero se alcanzaron cien divisiones celulares. El envejecimiento, según los científicos, se produce porque las células pierden con cada división los telómeros, las estructuras moleculares que se encuentran en los extremos de todos los cromosomas.

Los científicos implantaron en las células el gen que descubrieron, responsable de la producción de telomerasa, y así las hicieron inmortales. tal vez sea camino futuro a la inmortalidad. Desde los años 80 han aparecido programas para estudiar el genoma humano. En el proceso de ejecución de estos programas ya se han leído unos 5 mil genes (el genoma humano completo contiene entre 50 y 100 mil). Se han descubierto varios genes humanos nuevos. La ingeniería genética se apodera de todo valor más alto en terapia génica. Porque muchas enfermedades están determinadas a nivel genético. Es en el genoma donde existe la predisposición o la resistencia a muchas enfermedades. Muchos científicos creen que la medicina genómica y la ingeniería genética funcionarán en el siglo XXI. Ningún científico que realmente se mantenga firme en la plataforma de la objetividad científica dirá jamás que con la ayuda de algo se puede curar absolutamente todo o que algo es "absolutamente seguro", especialmente si se trata de ingeniería genética que manipula niveles individuales de la Ley de la Naturaleza, mientras ignorando su integridad. Como ya hemos visto con la investigación nuclear, la energía liberada como resultado de tales manipulaciones puede ser enorme, pero el posible peligro también es enorme. Cuando la tecnología nuclear estaba en su fase de desarrollo, nadie podía imaginar que en tan sólo unos años la humanidad estaría bajo la amenaza de una destrucción múltiple, que ambas fuerzas opuestas podrían garantizar por igual. Y cuando la energía nuclear empezó a utilizarse para producir electricidad, nadie sabía que, como resultado, acabaríamos con millones de toneladas de residuos radiactivos que seguirían siendo tóxicos durante decenas de miles de años. Nadie sabía nada al respecto, pero aun así dimos un salto a ciegas, creando así graves problemas para nosotros y para las generaciones futuras. Por lo tanto, debemos tener mucho cuidado al utilizar ingeniería genética que funcione al nivel donde está contenida. información completa sobre la estructura más profunda de la vida.

Fueron necesarios millones de años para que la vida en la Tierra evolucionara hasta convertirse en el ecosistema dinámico y altamente equilibrado que es hoy, con toda la innumerable diversidad de formas de vida que conocemos hoy. Vivimos en una época en la que, en una generación o menos, los cultivos más importantes sufrirán cambios radicales como resultado de la intervención de la ingeniería genética y estos cambios dañarán gravemente el ecosistema en su conjunto y también pondrán en peligro a toda la humanidad. Hasta que se demuestre la seguridad de los productos obtenidos mediante ingeniería genética, esta cuestión siempre quedará en duda, y este es el punto de vista que defiende el Partido del Derecho Natural. Es necesario que el uso de la ingeniería genética vaya acompañado de estrictos controles científicos de seguridad. Se puede decir con casi total certeza que la ingeniería genética conducirá a la contaminación química del medio ambiente. La obtención de variedades de cereales con mayor resistencia a los herbicidas conducirá al hecho de que los agricultores se verán obligados a utilizar tres veces más pesticidas químicos para controlar las malas hierbas que antes, y esto a su vez aumentará la contaminación del suelo y las aguas subterráneas de Estados Unidos. Por ejemplo, la empresa química Monsanto ya ha desarrollado variedades de maíz, soja y remolacha azucarera resistentes al herbicida Roundup, producido por la misma empresa. Los funcionarios de la industria han dicho repetidamente que Roundup es seguro para los organismos vivos y el medio ambiente lo neutraliza rápidamente. Sin embargo, una investigación preliminar en Dinamarca ha demostrado que el Roundup permanece en el suelo durante tres años (y, por lo tanto, puede ser absorbido por cultivos posteriores plantados en la zona), y otros trabajos científicos han demostrado que su uso. El herbicida provoca reacciones tóxicas en los agricultores, altera la función reproductiva de los mamíferos y daña a los peces, las lombrices de tierra y los insectos benéficos.

Los defensores de la ingeniería genética a menudo afirman que la tecnología es simplemente una mejora del tipo de cruzamiento que se ha utilizado durante milenios para mejorar la reproducción de cultivos y animales domésticos. Pero, de hecho, la intervención de la ingeniería genética traspasa las barreras reproductivas naturales entre especies que mantienen el equilibrio y la integridad de la vida en la Tierra. El sistema tradicional de cría de nuevas razas y variedades puede cruzar una raza de cerdo con otra, un caballo con un burro o dos variedades de tomates, pero no puede cruzar tomates con peces: la naturaleza no permite tal mezcla de genes. Y con la ayuda de la ingeniería genética, los científicos ya han combinado los genes del pescado y los tomates, y estos tomates, que no están marcados de ninguna manera, ahora se encuentran tranquilamente en nuestros estantes. Además, prácticamente todos los cereales y legumbres, verduras y frutas ya han sido intervenidos por ingeniería genética, y industria alimentaria tiene la intención de introducir todos estos productos en los próximos 5 a 8 años. Pioneer Hybrid International, la empresa de semillas más grande del mundo, ha utilizado la ingeniería genética para desarrollar una nueva variedad de soja que incorpora el gen de la nuez de Brasil para aumentar el contenido de proteína de la soja. Pero el componente de nuez de Brasil implantado en la soja provocó una reacción alérgica en la mayoría de los consumidores y luego Pioneer canceló el proyecto. Y cuando la empresa japonesa Showa Denko, mediante ingeniería genética, cambió la estructura de las bacterias naturales para una producción más eficiente. aditivos alimentarios Llamado triptófano, estas manipulaciones genéticas hicieron que la bacteria, aunque contenía triptófano, produjera una sustancia altamente tóxica que solo se descubrió después de que el producto fuera lanzado al mercado en 1989. Como resultado: 5.000 personas enfermaron, 1.500 quedaron discapacitadas permanentemente y 37 murieron. Los investigadores están muy entusiasmados con el uso de la ingeniería genética para desarrollar variedades de trigo de mayor rendimiento, crear alimentos más nutritivos y eliminar ciertas enfermedades, con la esperanza de mejorar la vida humana en la Tierra. Pero, en realidad, a pesar de que los genes se pueden extraer y cruzar correctamente en un matraz experimental, en la vida real es muy difícil predecir las consecuencias de implantar genes en el cuerpo de otra persona.

Estas operaciones pueden provocar mutaciones, como resultado de las cuales se suprime la actividad de los genes naturales del cuerpo. Los genes introducidos también pueden causar efectos secundarios inesperados: los alimentos genéticamente modificados pueden, por ejemplo, contener toxinas y alérgenos o tener un valor nutricional reducido, lo que hace que los consumidores enfermen o incluso, como ha sucedido, mueran. Además, los organismos criados mediante ingeniería genética son capaces de reproducirse de forma independiente y cruzarse con poblaciones naturales que no han sido sometidas a intervención genética, causando daños irreversibles. cambios biológicos en todo el ecosistema de la Tierra. Podemos decir con total confianza que la ingeniería genética es sin duda un campo prometedor, que en nuestro país, lamentablemente, no está financiado y no tiene su propio fabricante. Rusia, por supuesto, está comprometida con el desarrollo en este ámbito, pero se ve obligada a vender sus inventos en el extranjero. Nuestros científicos inventaron el interferón humano, el aspartamo y la telaraña. Lo importante es que al crear un fármaco, éste no entre en uso hasta que su estructura se acerque al genoma humano. En este caso, la droga es absolutamente inofensiva. En la producción de aspartamo se mezclan dos aminoácidos, pero el catalizador del proceso son los microorganismos. La tarea del genetista es llevar a cabo el desarrollo para que la purificación del fármaco a partir de microorganismos pase una verificación del 100%. Ésta es la calidad del trabajo. Somos responsables de la calidad y el punto de vista profesional es que la ingeniería genética es, en una medida razonable, beneficiosa para la humanidad.

Ingeniería genética: ¿enemiga o amiga? Los peligros de la ingeniería genética...

Datos científicos sobre los peligros de la ingeniería genética.

1. La ingeniería genética es fundamentalmente diferente del desarrollo de nuevas variedades y razas. La adición artificial de genes extraños altera en gran medida el control genético finamente regulado de una célula normal. La manipulación genética es fundamentalmente diferente de la combinación de cromosomas maternos y paternos que ocurre en los cruces naturales.

2. Actualmente, la ingeniería genética es técnicamente imperfecta, ya que no es capaz de controlar el proceso de inserción de un nuevo gen. Por tanto, es imposible predecir el sitio de inserción y los efectos del gen añadido. Incluso si se puede determinar la ubicación de un gen una vez que se ha insertado en el genoma, la información del ADN disponible es muy incompleta para predecir los resultados.

3. Como resultado de la adición artificial de un gen extraño, surgen situaciones inesperadas. sustancias peligrosas. En el peor de los casos, podrían tratarse de sustancias tóxicas, alérgenos u otras sustancias nocivas para la salud. La información sobre tales posibilidades es todavía muy incompleta.

4. No existen métodos completamente fiables para comprobar la inocuidad. Más del 10% de los efectos secundarios graves de los nuevos medicamentos no pueden detectarse a pesar de estudios de seguridad cuidadosamente realizados. El riesgo de que las propiedades peligrosas de los nuevos alimentos genéticamente modificados pasen desapercibidas probablemente sea significativamente mayor que en el caso de los medicamentos.

5. Los requisitos actuales en materia de pruebas de seguridad son extremadamente insuficientes. Están claramente diseñados para simplificar el proceso de aprobación. Permiten el uso de métodos de prueba de inocuidad extremadamente insensibles. Por lo tanto, existe un riesgo significativo de que los productos alimenticios peligrosos puedan pasar la inspección sin ser detectados.

6. Los productos alimenticios creados hasta la fecha mediante ingeniería genética no tienen ningún valor significativo para la humanidad. Estos productos satisfacen principalmente intereses comerciales únicamente.

7. El conocimiento sobre los efectos de los organismos modificados genéticamente introducidos en el medio ambiente es completamente insuficiente. Aún no se ha demostrado que los organismos modificados mediante ingeniería genética no tengan efectos nocivos sobre el medio ambiente. Los ambientalistas han sugerido varias posibles complicaciones ambientales. Por ejemplo, existen muchas oportunidades para la propagación incontrolada de genes potencialmente dañinos utilizados por la ingeniería genética, incluida la transferencia de genes por bacterias y virus. Complicaciones causadas por ambiente, probablemente será imposible de corregir, ya que los genes liberados no pueden recuperarse.

8. Nuevo y virus peligrosos. Se ha demostrado experimentalmente que los genes virales integrados en el genoma pueden combinarse con genes de virus infecciosos (la llamada recombinación). Estos nuevos virus pueden ser más agresivos que los originales. Los virus también pueden volverse menos específicos de especie. Por ejemplo, los virus de las plantas pueden resultar perjudiciales para los insectos beneficiosos, los animales y también para los seres humanos.

9. El conocimiento de la sustancia hereditaria, el ADN, es muy incompleto. Sólo se conoce la función de un tres por ciento del ADN. arriesgado de manipular sistemas complejos, cuyo conocimiento es incompleto. Una amplia experiencia en los campos de la biología, la ecología y la medicina demuestra que esto puede provocar problemas y trastornos graves e impredecibles.

10. La ingeniería genética no resolverá el problema del hambre en el mundo. La afirmación de que la ingeniería genética puede contribuir significativamente a resolver el problema del hambre en el mundo es un mito científicamente infundado.

Ingeniería genética(ingeniería genética): un conjunto de métodos y tecnologías, incluidas tecnologías para producir ácidos ribonucleico y desoxirribonucleico recombinantes, para aislar genes del cuerpo, manipularlos e introducirlos en otros organismos.

Ingeniería genética – componente biotecnología moderna, base teórica es biología molecular, genética. La esencia de la nueva tecnología es el diseño dirigido, según un programa predeterminado, de moléculas sistemas genéticos fuera del cuerpo (in vitro) con la posterior introducción de las estructuras creadas en un organismo vivo. Como resultado, se logra su inclusión y actividad en un organismo determinado y su descendencia. Las posibilidades de la ingeniería genética son la transformación genética, la transferencia de genes extraños y otros portadores materiales de la herencia a las células de plantas, animales y microorganismos, la producción de organismos modificados genéticamente (modificados genéticamente, transgénicos) con nuevos genes, bioquímicos y bioquímicos únicos. propiedades fisiológicas y señales que hacen que esta dirección sea estratégica.

Desde el punto de vista metodológico, la ingeniería genética combina principios fundamentales (genética, teoría celular, biología molecular, biología de sistemas), los logros de las ciencias posgenómicas más modernas: genómica, metabolómica, proteómica con logros reales en áreas aplicadas: biomedicina, agrobiotecnología, bioenergía, biofarmacología, bioindustria, etc.

La ingeniería genética pertenece (junto con la biotecnología, la genética, la biología molecular y otras ciencias de la vida) al campo de las ciencias naturales.

Antecedentes históricos

La ingeniería genética apareció gracias al trabajo de numerosos investigadores de diversas ramas de la bioquímica y la genética molecular. En 1953, J. Watson y F. Crick crearon un modelo de ADN de doble cadena, a principios de los años 50 y 60 del siglo XX, las propiedades; código genético, y a finales de los años 60 se confirmó experimentalmente su universalidad. Hubo un desarrollo intensivo de la genética molecular, cuyos objetos eran E. coli, sus virus y plásmidos. Se han desarrollado métodos para aislar preparaciones altamente purificadas de moléculas de ADN, plásmidos y virus intactos. El ADN de virus y plásmidos se introdujo en las células en forma biológicamente activa, asegurando su replicación y expresión de los genes correspondientes. En 1970, G. Smith fue el primero en aislar una serie de enzimas, enzimas de restricción, adecuadas para fines de ingeniería genética. G. Smith descubrió que la enzima HindII purificada obtenida de bacterias conserva la capacidad de cortar moléculas de ácido nucleico (actividad nucleasa), característica de las bacterias vivas. La combinación de enzimas de restricción de ADN (para cortar moléculas de ADN en fragmentos específicos) y enzimas, ADN ligasas, aisladas en 1967 (para "unir" fragmentos en una secuencia arbitraria) puede considerarse con razón el eslabón central de la tecnología de ingeniería genética.

Así, a principios de los años 70, se formularon los principios básicos del funcionamiento de los ácidos nucleicos y las proteínas en un organismo vivo y se crearon los requisitos previos teóricos para la ingeniería genética.

Académico A.A. Baev fue el primer científico de nuestro país que creyó en las promesas de la ingeniería genética y dirigió la investigación en este campo. La ingeniería genética (según su definición) es la construcción in vitro de estructuras genéticas funcionalmente activas (ADN recombinante), o en otras palabras, la creación de programas genéticos artificiales.

Objetivos y métodos de la ingeniería genética.

Es bien sabido que la cría tradicional tiene una serie de limitaciones que impiden la producción de nuevas razas animales, variedades vegetales o razas de microorganismos prácticamente valiosos:

1. ausencia de recombinación en especies no relacionadas. Existen barreras rígidas entre especies que dificultan la recombinación natural.
2. la incapacidad de controlar el proceso de recombinación en el cuerpo desde el exterior. La falta de homología entre los cromosomas conduce a la incapacidad de acercarse e intercambiar secciones individuales (y genes) durante la formación de células germinales. Como resultado, resulta imposible transferir los genes necesarios y asegurar la combinación óptima de genes obtenidos de diferentes formas parentales en el nuevo organismo;
3. la incapacidad de especificar con precisión las características y propiedades de la descendencia, porque El proceso de recombinación es estadístico.

Los mecanismos naturales que protegen la pureza y la estabilidad del genoma de un organismo son casi imposibles de superar utilizando métodos de selección clásicos.

Tecnología de obtención genética. organismos modificados(OGM) resuelve fundamentalmente los problemas de superar todas las barreras reproductivas y de recombinación naturales e interespecíficas. A diferencia de la selección tradicional, durante la cual el genotipo sólo está sujeto a cambios indirectos, la ingeniería genética permite la intervención directa en el aparato genético mediante la técnica de la clonación molecular. La ingeniería genética permite operar con cualquier gen, incluso sintetizado artificialmente o perteneciente a organismos no relacionados, transferirlos de una especie a otra y combinarlos en cualquier orden.

La tecnología incluye varias etapas de creación de OGM:

1. Obtención de un gen aislado.
2. Introducción del gen en un vector para su integración en el organismo.
3. Transferencia del vector con la construcción al organismo receptor modificado.
4. Clonación molecular.
5. Selección de OGM.

La primera etapa: síntesis, aislamiento e identificación de fragmentos de ADN o ARN objetivo y elementos reguladores está muy bien desarrollada y automatizada. El gen aislado también puede obtenerse de una biblioteca de fagos.

La segunda etapa es la creación in vitro (en un tubo de ensayo) de una construcción genética (transgén), que contiene uno o más fragmentos de ADN (que codifican la secuencia de aminoácidos de las proteínas) en combinación con elementos reguladores (estos últimos aseguran la actividad de transgenes en el cuerpo). A continuación, los transgenes se insertan en el ADN de un vector de clonación utilizando herramientas de ingeniería genética: enzimas de restricción y ligasas. Por el descubrimiento de las enzimas de restricción, Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith recibieron el Premio Nobel (1978). Por regla general, se utilizan como vector plásmidos, pequeñas moléculas circulares de ADN de origen bacteriano.

La siguiente etapa es la verdadera “modificación genética” (transformación), es decir. transferencia de la construcción "vector - ADN incrustado" a células vivas individuales. La introducción de un gen terminado en el aparato hereditario de células vegetales y animales es tarea dificil, que se resolvió tras estudiar las características de la introducción de ADN extraño (virus o bacterias) en el aparato genético de la célula. El proceso de transfección se utilizó como principio de introducción. material genético en una jaula.

Si la transformación tiene éxito, luego de una replicación efectiva, de una célula transformada surgen muchas células hijas que contienen una construcción genética creada artificialmente. La base para la aparición de un nuevo rasgo en un organismo es la biosíntesis de proteínas nuevas para el organismo (productos transgénicos, por ejemplo, plantas), resistencia a la sequía o plagas de insectos en plantas transgénicas.

Para organismos unicelulares el proceso de modificación genética se limita a la inserción de un plásmido recombinante con la posterior selección de descendientes modificados (clones). Para los organismos multicelulares superiores, por ejemplo las plantas, es imperativo incluir en el ADN un constructo de cromosomas u orgánulos celulares (cloroplastos, mitocondrias), seguido de la regeneración de toda la planta a partir de una célula aislada separada en medios nutritivos. En el caso de los animales, se introducen células con un genotipo alterado en los blastocistos de la madre sustituta. Las primeras plantas transgénicas fueron obtenidas en 1982 por científicos del Instituto de Ciencias Vegetales de Colonia y de la empresa Monsanto.

Direcciones principales

La era posgenómica de la primera década del siglo XXI elevó el desarrollo de la ingeniería genética a un nuevo nivel. El llamado Protocolo de Colonia “Hacia una bioeconomía basada en el conocimiento” definió la bioeconomía como “la transformación del conocimiento de las ciencias de la vida en productos nuevos, sostenibles, ambientalmente eficientes y competitivos”. La hoja de ruta de la ingeniería genética contiene una serie de áreas: terapia génica, bioindustria, tecnologías basadas en células madre animales, plantas transgénicas, animales transgénicos, etc.

Plantas genéticamente modificadas

El ADN extraño se puede introducir en las plantas de varias maneras.

Para las plantas dicotiledóneas, existe un vector natural para la transferencia horizontal de genes: los plásmidos de Agrobacterium. En cuanto a las monocotiledóneas, aunque en los últimos años se han logrado ciertos éxitos en su transformación con vectores agrobacterianos, este camino de transformación todavía encuentra importantes dificultades.

Para transformar plantas resistentes a Agrobacterias se han desarrollado métodos de transferencia física directa de ADN al interior de la célula que incluyen: bombardeo con micropartículas o el método balístico; electroporación; tratamiento con polietilenglicol; Transferencia de ADN en liposomas, etc.

Una vez que el tejido vegetal se ha transformado de una forma u otra, se coloca in vitro en un medio especial con fitohormonas, que favorece la proliferación celular. El medio suele contener un agente selectivo al que las células transgénicas, pero no las células de control, adquieren resistencia. La regeneración pasa con mayor frecuencia por la etapa de callo, después de la cual, cuando selección correcta medios, comienza la organogénesis (formación de brotes). Los brotes formados se transfieren a un medio de enraizamiento, que a menudo también contiene un agente selectivo para una selección más estricta de individuos transgénicos.

Las primeras plantas transgénicas (plantas de tabaco con genes insertados de microorganismos) se obtuvieron en 1983. Las primeras pruebas de campo exitosas de plantas transgénicas (plantas de tabaco resistentes a infecciones virales) se llevaron a cabo en los EE. UU. ya en 1986.

Después de pasar todas las pruebas necesarias de toxicidad, alergenicidad, mutagenicidad, etc. Los primeros productos transgénicos estuvieron disponibles comercialmente en los Estados Unidos en 1994. Estos fueron los tomates Flavr Savr de maduración retardada de Calgen y la soja resistente a herbicidas de Monsanto. En uno o dos años, las empresas de biotecnología lanzaron al mercado toda una gama de plantas genéticamente modificadas: tomates, maíz, patatas, tabaco, soja, colza, calabacines, rábanos y algodón.

En la Federación de Rusia, en 1990 se demostró la posibilidad de obtener patatas transgénicas mediante transformación bacteriana utilizando Agrobacterium tumefaciens.

Actualmente, cientos de empresas comerciales en todo el mundo con un capital total de más de 100 mil millones de dólares se dedican a obtener y probar plantas genéticamente modificadas. La biotecnología vegetal mediante ingeniería genética ya se ha convertido en una rama importante de la producción de alimentos y otras productos saludables, atrayendo importantes recursos humanos y flujos financieros.

En Rusia, bajo el liderazgo del académico K.G. Skryabin (Centro de Bioingeniería, Academia de Ciencias de Rusia), se obtuvieron y caracterizaron las variedades de papa transgénica Elizaveta Plus y Lugovskoy Plus, resistentes al escarabajo de la papa de Colorado. Según los resultados de una inspección realizada por el Servicio Federal de Vigilancia en el Ámbito de la Protección de los Derechos del Consumidor y el Bienestar Humano, sobre la base de un dictamen pericial del Instituto Estatal de Investigación en Nutrición de la Academia Rusa de Ciencias Médicas, estas variedades han pasado registro estatal, están incluidos en el registro estatal y están permitidos para su importación, producción y circulación en el territorio de la Federación de Rusia.

Estas variedades de papa transgénica se diferencian fundamentalmente de las convencionales por la presencia de un gen integrado en su genoma que determina la protección del 100% del cultivo contra el escarabajo de la patata de Colorado sin el uso de ningún producto químico.

La primera ola de plantas transgénicas aprobadas para uso práctico contenía genes adicionales de resistencia (a enfermedades, herbicidas, plagas, deterioro durante el almacenamiento, estrés).

La etapa actual de desarrollo de la ingeniería genética de plantas se denomina “ingeniería metabólica”. En este caso, la tarea no es tanto mejorar ciertas cualidades existentes de la planta, como en el mejoramiento tradicional, sino enseñar a la planta a producir compuestos completamente nuevos utilizados en medicina, producción química y otras áreas. Estos compuestos pueden ser, por ejemplo, ácidos grasos especiales, proteínas útiles con un alto contenido de aminoácidos esenciales, polisacáridos modificados, vacunas comestibles, anticuerpos, interferones y otras proteínas "medicinales", nuevos polímeros que no contaminan el medio ambiente y mucho , mucho más. El uso de plantas transgénicas permite establecer una producción barata y a gran escala de dichas sustancias y, por lo tanto, hacerlas más accesibles para un consumo generalizado.

Animales genéticamente modificados

Las células animales se diferencian significativamente de las células bacterianas en su capacidad para absorber ADN extraño, por lo que los métodos y métodos para introducir genes en células embrionarias de mamíferos, moscas y peces siguen siendo el centro de atención de los ingenieros genéticos.

El mamífero más estudiado genéticamente es el ratón. El primer éxito se remonta a 1980, cuando D. Gordon y sus colegas demostraron la posibilidad de introducir e integrar ADN extraño en el genoma de ratones. La integración fue estable y persistió en la descendencia. La transformación se lleva a cabo microinyectando genes clonados en uno o ambos pronúcleos (núcleos) de un nuevo embrión en la etapa de una célula (cigoto). Se elige con mayor frecuencia el pronúcleo masculino introducido por los espermatozoides, ya que su tamaño es mayor. Después de la inyección, el óvulo se implanta inmediatamente en el oviducto de la madre adoptiva o se le permite desarrollarse en cultivo hasta la etapa de blastocisto, tras lo cual se implanta en el útero.

Así, se inyectaron genes de interferón e insulina humanos, el gen de la β-globina de conejo, el gen de la timidina quinasa del virus del herpes simple y el ADNc del virus de la leucemia murina. El número de moléculas administradas por inyección oscila entre 100 y 300.000, y su tamaño oscila entre 5 y 50 kb. Por lo general, sobreviven entre el 10 y el 30% de los huevos y la proporción de ratones nacidos de huevos transformados varía entre unos pocos y el 40%. Entonces la eficiencia real es de aproximadamente el 10%.

Este método se ha utilizado para producir ratas, conejos, ovejas, cerdos, cabras, terneros y otros mamíferos genéticamente modificados. En nuestro país se han obtenido cerdos portadores del gen de la somatotropina. No diferían en las tasas de crecimiento de los animales normales, pero el cambio en el metabolismo afectó el contenido de grasa. En tales animales, se inhibieron los procesos de lipogénesis y se activó la síntesis de proteínas. La inserción de genes del factor similar a la insulina también provocó cambios en el metabolismo. Los cerdos transgénicos fueron creados para estudiar la cadena de transformaciones bioquímicas de la hormona y el efecto secundario fue el fortalecimiento del sistema inmunológico.

El sistema sintetizador de proteínas más potente se encuentra en las células de la glándula mamaria. Si pones los genes de proteínas extrañas bajo el control del promotor de la caseína, entonces la expresión de estos genes será poderosa y estable, y la proteína se acumulará en la leche. Utilizando biorreactores animales (vacas transgénicas) ya se ha producido leche que contiene la proteína humana lactoferrina. Está previsto utilizar esta proteína para la prevención de enfermedades gastroenterológicas en personas con baja inmunorresistencia: pacientes con SIDA, bebés prematuros, pacientes con cáncer que se han sometido a radioterapia.

Un área importante de la transgenosis es la producción de animales resistentes a las enfermedades. El gen del interferón, relacionado con proteínas protectoras, fue insertado en varios animales. Los ratones transgénicos recibieron resistencia: no se enfermaron o se enfermaron poco, pero no se encontró tal efecto en los cerdos.

Aplicación en la investigación científica.

La eliminación genética es una técnica para eliminar uno o más genes, lo que permite estudiar la función del gen. Para producir ratones knockout, la construcción genética resultante se introduce en células madre embrionarias, donde la construcción sufre recombinación somática y reemplaza el gen normal, y las células alteradas se implantan en los blastocistos de la madre sustituta. De forma similar se obtienen knockouts en plantas y microorganismos.

La expresión artificial es la adición de un gen al cuerpo que antes no tenía, también con el fin de estudiar la función genética. Visualización de productos genéticos: se utiliza para estudiar la ubicación de un producto genético. La sustitución de un gen normal por un gen modificado fusionado a un elemento indicador (por ejemplo, el gen de la proteína verde fluorescente) permite visualizar el producto de la modificación genética.

Estudio del mecanismo de expresión. Se introduce en el cuerpo una pequeña sección de ADN ubicada delante de la región codificante (promotor) y que sirve para unir factores de transcripción, seguida de un gen informador, por ejemplo, GFP, que cataliza una reacción fácilmente detectable en lugar de su propio gen. Además del hecho de que el funcionamiento del promotor en ciertos tejidos en un momento u otro se vuelve claramente visible, tales experimentos permiten estudiar la estructura del promotor eliminando o agregando fragmentos de ADN, así como mejorando artificialmente el gen. expresión.

Bioseguridad de las actividades de ingeniería genética.

En 1975, científicos de todo el mundo en la Conferencia de Asilomar plantearon la pregunta más importante: ¿Tendrá la aparición de OGM un impacto potencialmente negativo en diversidad biológica? A partir de ese momento, simultáneamente con el rápido desarrollo de la ingeniería genética, comenzó a desarrollarse una nueva dirección: la bioseguridad. Su tarea principal es evaluar si el uso de OGM tiene efectos indeseables en el medio ambiente, la salud humana y animal, y el objetivo principal es abrir el camino al uso de los logros de la biotecnología moderna, garantizando al mismo tiempo la seguridad.

La estrategia de bioseguridad se basa en investigación científica características del OMG, experiencia con él, así como información sobre su uso previsto y el entorno en el que será introducido. Gracias a los esfuerzos conjuntos a largo plazo de organizaciones internacionales (PNUMA, OMS, OCDE), expertos de diferentes países, incluida Rusia, conceptos basicos y procedimientos: seguridad biológica, peligro biológico, riesgo, evaluación de riesgos. Sólo después de que se haya completado con éxito el ciclo completo de controles se podrá llegar a una conclusión científica sobre la bioseguridad de los OGM. En 2005, la OMS publicó un informe según el cual consumir plantas transgénicas registradas como alimento es tan seguro como sus homólogos tradicionales.

¿Cómo se garantiza la bioseguridad en Rusia? La ratificación del Convenio sobre la Biodiversidad en 1995 puede considerarse el comienzo de la inclusión de Rusia en el sistema mundial de bioseguridad. A partir de este momento comenzó la formación. sistema nacional bioseguridad, cuyo punto de partida fue la entrada en vigor de la Ley federal de la Federación de Rusia "sobre la regulación estatal en el ámbito de las actividades de ingeniería genética" (1996). La Ley Federal establece los conceptos y principios básicos de la regulación y control estatal de todo tipo de trabajos con OGM. La Ley Federal establece niveles de riesgo según el tipo de OGM y el tipo de trabajo, define sistemas cerrados y abiertos, liberación de OGM, etc.

En los últimos años, Rusia ha desarrollado uno de los sistemas regulatorios más estrictos. Es inusual que el sistema de regulación estatal de los OGM comenzara de manera preventiva, en 1996, antes de que se declararan para la comercialización en Rusia organismos reales genéticamente modificados (el primer OGM, la soja transgénica, se registró para uso alimentario en 1999). Los instrumentos legales básicos son el registro estatal de organismos genéticamente modificados, así como de los productos obtenidos de ellos o que los contienen, destinados a ser utilizados como alimentos y piensos.

Para entender situación actual Lo importante es que durante los 25 años transcurridos desde la primera entrada de plantas genéticamente modificadas en el mercado, no se ha identificado ni durante las pruebas ni durante uso comercial. Sólo una de las fuentes mundiales: el informe de la prestigiosa sociedad AGBIOS "Essential Biosafety" contiene más de 1.000 referencias a estudios que demuestran que los alimentos y piensos obtenidos a partir de cultivos biotecnológicos son tan seguros como los productos tradicionales. Sin embargo, hoy en día en Rusia no existe un marco regulatorio que permita la liberación al medio ambiente de plantas transgénicas, así como de productos obtenidos de ellas o que las contengan, en el territorio de nuestro país. Como resultado, en 2010 no se cultiva ni una sola planta transgénica en el territorio de la Federación de Rusia con fines comerciales.

Según las previsiones del Protocolo de Colonia (2007), para 2030 la actitud hacia los cultivos agrícolas transgénicos cambiará hacia la aprobación de su uso.

Logros y perspectivas de desarrollo.

Ingeniería genética en medicina.

Las necesidades de atención sanitaria y la necesidad de resolver los problemas de una población que envejece crean una demanda constante de productos farmacéuticos genéticamente modificados (con ventas anuales de 26.000 millones de dólares) y productos medicinales y cosméticos a partir de materias primas vegetales y animales (con ventas anuales de unos 40.000 millones de dólares). EE.UU).

Entre los muchos logros de la ingeniería genética que se han utilizado en medicina, el más importante es la producción de insulina humana a escala industrial.

Actualmente, según la OMS, hay alrededor de 110 millones de personas en el mundo que padecen diabetes. La insulina, cuyas inyecciones están indicadas para pacientes con esta enfermedad, se obtiene desde hace mucho tiempo de órganos animales y se utiliza en practica medica. Sin embargo, el uso prolongado de insulina animal provoca daños irreversibles en muchos órganos del paciente debido a reacciones inmunológicas provocadas por la inyección de sustancias extrañas. al cuerpo humano insulina animal. Pero hasta hace poco, incluso las necesidades de insulina animal sólo se cubrían entre el 60% y el 70%. ingenieros genéticos Como primera tarea práctica se clonó el gen de la insulina. Los genes clonados de la insulina humana se introdujeron mediante un plásmido en una célula bacteriana, donde comenzó la síntesis de una hormona que las cepas microbianas naturales nunca habían sintetizado. Desde 1982, empresas de EE. UU., Japón, Gran Bretaña y otros países producen insulina genéticamente modificada. En Rusia, la producción de insulina humana genéticamente modificada (Insuran) se lleva a cabo en el Instituto de Química Bioorgánica que lleva su nombre. MM. Shemyakin y Yu.A. Ovchinnikov RAS. Hoy en día, la insulina nacional se produce en un volumen suficiente para abastecer a los pacientes diabéticos en Moscú. Al mismo tiempo, la demanda de insulina genéticamente modificada de todo el mercado ruso se satisface principalmente con suministros importados. El mercado mundial de la insulina vale actualmente más de 400 millones de dólares, con un consumo anual de unos 2.500 kg.

El desarrollo de la ingeniería genética en los años 80 del siglo pasado proporcionó a Rusia una buena base para la creación de cepas de microorganismos genéticamente modificados con propiedades dadas– productores biológicamente sustancias activas, en el desarrollo de métodos de ingeniería genética para la reconstrucción del material genético de virus, en la producción de sustancias medicinales, incluido el uso modelado por computadora. Se han llevado a la fase de producción el interferón recombinante y sus formas farmacéuticas basadas en él para uso médico y veterinario, la interleucina (leucina B) y la eritropoyetina. A pesar de la creciente demanda de medicamentos altamente purificados, la producción nacional de inmunoglobulinas, albúmina y plasmol cubre el 20% de las necesidades del mercado interno.

Se están realizando activamente investigaciones para desarrollar vacunas para la prevención y el tratamiento de la hepatitis, el SIDA y otras enfermedades, así como vacunas conjugadas de nueva generación contra las infecciones socialmente más importantes. Las vacunas de subunidades poliméricas de nueva generación constan de antígenos protectores altamente purificados de diversas naturalezas y un portador, el inmunoestimulante polioxidonio, que proporciona nivel aumentado respuesta inmune específica. Rusia podría proporcionar vacunas contra la gran mayoría de las infecciones conocidas basándose en su propia producción inmunológica. Sólo la producción de vacuna contra la rubéola está completamente ausente.

Ingeniería genética para la agricultura.

La mejora genética de cultivos y plantas ornamentales es un proceso largo y continuo que utiliza tecnologías cada vez más precisas y predecibles. Un informe científico de la ONU (1989) afirma: “Porque métodos moleculares son más precisos, quienes los utilizan tienen mayor confianza en los rasgos que imparten a las plantas y, por lo tanto, es menos probable que experimenten efectos no deseados que con los métodos de reproducción convencionales”.

Los beneficios de las nuevas tecnologías ya se están explotando ampliamente en países como Estados Unidos, Argentina, India, China y Brasil, donde se cultivan cultivos genéticamente modificados en grandes superficies.

Las nuevas tecnologías también marcan una gran diferencia para los agricultores pobres y las personas de los países pobres, especialmente las mujeres y los niños. Por ejemplo, el algodón y el maíz genéticamente modificados y resistentes a las plagas requieren niveles significativamente más altos de aplicación de insecticidas. volúmenes más pequeños(lo que hace que el trabajo agrícola sea más seguro). Estos cultivos ayudan a aumentar la productividad, generar mayores ingresos para los agricultores, reducir la pobreza y reducir el riesgo de envenenamiento de la población con pesticidas químicos, lo que es especialmente típico en varios países, entre ellos India, China, Sudáfrica y Filipinas.

Las plantas transgénicas más comunes son aquellas que son resistentes a los herbicidas económicos, menos tóxicos y más utilizados. El cultivo de estos cultivos permite obtener un mayor rendimiento por hectárea, deshacerse del agotador deshierbe manual y gastar menos dinero gracias a la labranza mínima o nula, lo que, a su vez, conduce a una disminución de la erosión del suelo.

En 2009, los cultivos genéticamente modificados de primera generación fueron reemplazados por productos de segunda generación, lo que por primera vez condujo a un aumento del rendimiento per se. Un ejemplo de una nueva clase de cultivo biotecnológico (en el que han trabajado muchos investigadores) es la soja resistente al glifosato RReady2Yield™, cultivada en 2009 en EE.UU. y Canadá en más de 0,5 millones de hectáreas.

La introducción de la ingeniería genética en la agrobiología moderna puede ilustrarse con los siguientes datos extraídos de una serie de revisiones de expertos extranjeros, incluida la revisión anual del Servicio Internacional independiente para el seguimiento de la aplicación de agrobiotecnologías (ISAAA), encabezado por el mundialmente famoso experto Claiv James. : (www.isaaa.org)

En 2009, 25 países de todo el mundo cultivaron cultivos transgénicos en una superficie de 134 millones de hectáreas (lo que representa el 9% de los 1.500 millones de hectáreas de toda la tierra cultivable del mundo). Seis países de la UE (de 27) cultivaron maíz Bt, con más de 94.750 hectáreas plantadas en 2009. Análisis del impacto económico global del uso de cultivos biotecnológicos para el periodo 1996 a 2008. muestra un aumento de beneficios de 51.900 millones de dólares debido a dos fuentes: en primer lugar, una reducción de los costes de producción (50%) y, en segundo lugar, un aumento significativo del rendimiento (50%) de 167 millones de toneladas.

En 2009, el valor total de mercado de las semillas de cultivos transgénicos en el mundo fue de 10.500 millones de dólares. El valor total de los cereales biotecnológicos de maíz y soja, así como del algodón, fue de 130.000 millones de dólares en 2008, y se espera que crezca entre un 10% y un 15% anual.

Se estima que si se adopta plenamente la biotecnología, al final del período 2006-2015, los ingresos de todos los países en términos de PIB aumentarán en 210 mil millones de dólares por año.

Observaciones realizadas desde el inicio de su uso en agricultura Los cultivos resistentes a los herbicidas proporcionan evidencia convincente de que los agricultores ahora pueden controlar las malezas de manera más efectiva. Al mismo tiempo, aflojar y arar los campos pierde su importancia como medio para controlar las malas hierbas. Como resultado, se reduce el consumo de combustible del tractor, se mejora la estructura del suelo y se previene la erosión. Los programas de insecticidas específicos para el algodón Bt implican menos fumigaciones de cultivos y, por lo tanto, menos viajes al campo, lo que resulta en una reducción de la erosión del suelo. Todo esto contribuye involuntariamente a la introducción de tecnologías de cultivo de suelos de conservación destinadas a reducir erosión del suelo, nivel dióxido de carbono y reducir la pérdida de agua.

El estado actual de la ciencia se caracteriza por enfoque integrado, creación de plataformas tecnológicas unificadas para la realización de una amplia gama de investigaciones. Combinan no sólo biotecnología, biología molecular e ingeniería genética, sino también química, física, bioinformática, transcriptómica, proteómica y metabolómica.

Lectura recomendada
1. J. Watson. biología molecular gene. M.: Mir. 1978.
2. Stent G., Kalindar R. genética molecular. M.: Mir. 1981
3. S.N. Shchelkunov “Ingeniería genética”. Novosibirsk, editorial Universidad de Siberia, 2008
4. Glick B. Biotecnología molecular. Principios y aplicación / B. Glick, J. Pasternak. M.: Mir, 2002
5. Ingeniería genética de plantas. Manual de laboratorio. Editado por J. Draper, R. Scott, F. Armitage, R. Walden. M.: "Paz". 1991.
6. Agrobiotecnología en el mundo. Ed. Skriabina K.G. M.: Centro “Bioingeniería” RAS, 2008. – 135 p.
7. Clark. D., Russell L. Biología molecular simplificada y divertida. M.: JSC "Compañía KOND". 2004

Campo de golf
1. “Sobre la regulación estatal de las actividades de ingeniería genética”. Ley Federal-86 según enmendada 2000, artículo 1.
2. El Protocolo de Colonia, Documento de Colonia, fue adoptado en la conferencia “Hacia una bioeconomía basada en el conocimiento” (Colonia, 30 de mayo de 2007), organizada por la Unión Europea durante la Presidencia alemana de la UE.

Con cuya ayuda se lleva a cabo la combinación dirigida de información genética de cualquier organismo. La ingeniería genética (GE) permite superar las barreras naturales entre especies que impiden el intercambio de información genética entre especies de organismos taxonómicamente distantes y crear células y organismos con combinaciones de genes que no existen en la naturaleza, con propiedades hereditarias específicas.

El principal objeto de la influencia de la ingeniería genética es el portador de información genética: el ácido desoxirribonucleico (ADN), cuya molécula suele estar formada por dos cadenas. La estricta especificidad del emparejamiento de bases purínicas y pirimidínicas determina la propiedad de complementariedad: la correspondencia mutua de nucleótidos en dos cadenas. La creación de nuevas combinaciones de genes fue posible gracias a la similitud fundamental en la estructura de las moléculas de ADN en todos los tipos de organismos y a la verdadera universalidad de la genética. El código permite expresar genes extraños (manifestación de su actividad funcional) en cualquier tipo de célula. Esto también se vio facilitado por la acumulación de conocimientos en el campo de la química, la identificación de las características moleculares de la organización y funcionamiento de los genes (incluido el establecimiento de mecanismos para regular su expresión y la posibilidad de subordinar genes a la acción de genes "extraños" elementos reguladores), el desarrollo de métodos de secuenciación de ADN, el descubrimiento de la reacción en cadena de la polimerasa, que hizo posible sintetizar rápidamente cualquier fragmento de ADN.

Requisitos previos importantes para el surgimiento de G.I. fueron: el descubrimiento de plásmidos capaces de replicación autónoma y transición de una célula bacteriana a otra, y el fenómeno de la transducción, la transferencia de ciertos genes por bacteriófagos, que hizo posible formular la idea de vectores, moléculas portadoras de genes.

De gran importancia en el desarrollo de la metodología G.I. desempeñado por enzimas involucradas en la transformación de ácidos nucleicos: enzimas de restricción (reconocen secuencias (sitios) estrictamente definidas en las moléculas de ADN y "cortan" la doble hebra en estos lugares), ADN ligasas (unen covalentemente fragmentos de ADN individuales), transcriptasa inversa (sintetiza ARN en la plantilla una copia complementaria de ADN, o ADNc), etc. Sólo en su presencia se produce la creación del arte. estructuras se ha convertido en una tarea técnicamente viable. Las enzimas se utilizan para obtener fragmentos de ADN individuales (genes) y crear híbridos moleculares: ADN recombinante (recDNA) basado en el ADN de plásmidos y virus. Estos últimos introducen el gen deseado en la célula huésped, asegurando allí su reproducción (clonación) y la formación del producto genético final (su expresión).

Principios de la creación de moléculas de ADN recombinante.

El término "G. Y." se generalizó después de que P. Berg et al. Por primera vez se obtuvo ADN recombinante, que era un híbrido en el que se combinaban fragmentos de ADN de la bacteria Escherichia coli, su virus (bacteriófago λ) y ADN del virus simio SV40. En 1973 S. Cohen et al. Utilizamos el plásmido pSC101 y la enzima de restricción ( ecológico RI), que lo rompe en un lugar de tal manera que se forman “colas” cortas complementarias de una sola cadena (generalmente de 4 a 6 nucleótidos) en los extremos de la molécula de ADN de doble cadena. Se les llama "pegajosos" porque pueden aparearse (pegarse, por así decirlo) entre sí. Cuando dicho ADN se mezcló con fragmentos de ADN extraño tratados con la misma enzima de restricción y que tenían los mismos extremos pegajosos, se obtuvieron nuevos plásmidos híbridos, cada uno de los cuales contenía al menos un fragmento de ADN extraño incrustado en ecológico Sitio RI del plásmido. Se hizo evidente que en dichos plásmidos se pueden insertar fragmentos de diversos ADN extraños obtenidos tanto de microorganismos como de eucariotas superiores.

La principal estrategia moderna para obtener recDNA es la siguiente:

1. En el ADN de un plásmido o virus, capaz de reproducirse independientemente del cromosoma, se insertan fragmentos de ADN pertenecientes a otro organismo que contienen determinadas características. genes o secuencias de nucleótidos obtenidas artificialmente de interés para el investigador;
2. las moléculas híbridas resultantes se introducen en células procarióticas o eucariotas sensibles, donde se replican (multiplican, amplifican) junto con fragmentos de ADN integrados en ellas;
3. Los clones de células se seleccionan en forma de colonias en medios nutritivos especiales (o virus, en forma de zonas de limpieza, placas en una capa de crecimiento continuo de células bacterianas o cultivos de tejidos animales), que contienen los tipos requeridos de moléculas de ADN rec y los someten. hasta estudios integrales estructurales y funcionales.

Para facilitar la selección de células en las que está presente ADNc, se utilizan vectores que contienen uno o más marcadores. En los plásmidos, por ejemplo, los genes de resistencia a los antibióticos pueden servir como tales marcadores (las células que contienen ADN rec se seleccionan en función de su capacidad para crecer en presencia de un antibiótico particular). El ADNc que porta los genes deseados se selecciona y se introduce en las células receptoras. A partir de este momento comienza la clonación molecular: la obtención de copias de ADNc y, por tanto, copias de los genes diana en su composición. Sólo si es posible separar todas las células transfectadas o infectadas, cada clon estará representado por una colonia de células separada y contendrá una célula específica. ADN rec. En etapa final Se lleva a cabo la identificación (búsqueda) de clones que contienen el gen deseado. Se basa en el hecho de que una inserción en el ADN rec determina alguna propiedad única de la célula que lo contiene (por ejemplo, el producto de expresión del gen insertado). En los experimentos de clonación molecular se observan 2 principios básicos:

• ninguna célula donde se produce la clonación de ADN rec debe recibir más de una molécula de plásmido o partícula viral;
• este último debe ser capaz de replicarse.

Como moléculas vectoriales en G.I. Se utiliza una amplia gama de ADN plasmídico y viral. Los vectores de clonación más populares contienen varios genes genéticos. marcadores y que tienen el mismo sitio de acción para diferentes enzimas de restricción. Este requisito, por ejemplo, se cumple mejor con el plásmido pBR322, que se construyó a partir de un plásmido originalmente natural utilizando métodos utilizados cuando se trabaja con ADNc; contiene genes de resistencia a la ampicilina y la tetraciclina y contiene un sitio de reconocimiento para 19 enzimas de restricción diferentes. Un caso especial de vectores de clonación son los vectores de expresión que, junto con la amplificación, garantizan la expresión correcta y eficaz de genes extraños en las células receptoras. En algunos casos, los vectores moleculares pueden asegurar la integración de ADN extraño en el genoma de una célula o virus (se denominan vectores integrativos).

Una de las tareas más importantes de G.I. - creación de cepas de bacterias o levaduras, líneas celulares de tejidos animales o vegetales, así como plantas y animales transgénicos (ver Organismos transgénicos), que asegurarían la expresión efectiva de los genes clonados en ellos. Se logra un alto nivel de producción de proteínas cuando los genes se clonan en vectores multicopia, porque en este caso, el gen diana estará presente en grandes cantidades en la célula. Es importante que la secuencia codificante del ADN esté bajo el control de un promotor que sea reconocido efectivamente por la ARN polimerasa de la célula, y que el ARNm resultante sea relativamente estable y se traduzca eficientemente. Además, una proteína extraña sintetizada en las células receptoras no debería estar sujeta a una rápida degradación por parte de proteasas intracelulares. Al crear animales y plantas transgénicos, a menudo se logra una expresión específica de tejido de los genes diana introducidos.

Desde genético el código es universal; la posibilidad de expresión genética está determinada únicamente por la presencia en su composición de señales de inicio y terminación de la transcripción y traducción, correctamente reconocidas por la célula huésped. Porque La mayoría de los genes de eucariotas superiores tienen una estructura discontinua de exón-intrón; como resultado de la transcripción de dichos genes, se forma un ARN mensajero precursor (pre-ARNm), a partir del cual, durante el empalme posterior, se forman secuencias no codificantes (intrones). se separa y se forma ARNm maduro. Estos genes no pueden expresarse en células bacterianas donde no existe un sistema de empalme. Para superar este obstáculo, se sintetiza una copia de ADN (ADNc) en moléculas de ARNm maduras utilizando la transcriptasa inversa, a la que se añade una segunda cadena utilizando la ADN polimerasa. Tales fragmentos de ADN correspondientes a la secuencia codificante del gen (ya no separados por intrones) pueden insertarse en un vector molecular adecuado.

Conociendo la secuencia de aminoácidos del polipéptido diana, es posible sintetizar la secuencia de nucleótidos que lo codifica, obteniendo el llamado. gen equivalente e insertarlo en el vector de expresión apropiado. Al crear un gen equivalente, generalmente se tiene en cuenta la propiedad de degeneración genética. código (20 aminoácidos están codificados por 61 codones) y la frecuencia de aparición de codones para cada aminoácido en aquellas células en las que se planea introducir este gen, porque La composición de codones puede variar significativamente entre diferentes organismos. Los codones correctamente seleccionados pueden aumentar significativamente la producción de la proteína diana en la célula receptora.

La importancia de la ingeniería genética

SOLDADO AMERICANO. amplió significativamente los límites experimentales, ya que permitió la introducción en descomposición. Tipos celulares de ADN extraño y estudiar sus funciones. Esto hizo posible identificar características biológicas generales. Patrones de organización y expresión genética. información en varios organismos. Este enfoque ha abierto perspectivas para la creación de microbiológicos fundamentalmente nuevos. productores de sustancias biológicamente activas. así como animales y plantas que portan genes extraños funcionalmente activos. Minnesota. antes biológicamente inaccesible proteínas activas persona, incl. Los interferones, interleucinas, hormonas peptídicas y factores sanguíneos comenzaron a producirse en grandes cantidades en las células de bacterias, levaduras o mamíferos y se utilizaron ampliamente en medicina. Además, ha sido posible crear artificialmente genes que codifiquen polipéptidos quiméricos que tengan las propiedades de dos o más proteínas naturales. Todo esto dio un poderoso impulso al desarrollo de la biotecnología.

Los principales objetos de G.I. son bacterias escherichia coli (Escherichia coli) y Bacilo subtilis (heno de bacilo), levadura de panadería sacaromizas cerevisiae, descomposición. líneas celulares de mamíferos. La gama de objetos de influencia de la ingeniería genética se amplía constantemente. Se están desarrollando intensamente áreas de investigación sobre la creación de plantas y animales transgénicos. Usando métodos G.I. Se están creando las últimas generaciones de vacunas contra diversos agentes infecciosos (la primera de ellas se creó a base de levadura que produce la proteína de superficie del virus de la hepatitis B humana). Se presta mucha atención al desarrollo de vectores de clonación basados ​​en virus de mamíferos y su uso para crear vacunas polivalentes vivas para necesidades médicas y veterinarias, así como vectores moleculares para la terapia genética de tumores cancerosos y enfermedades hereditarias. Se ha desarrollado un método para la introducción directa de ADNc en el cuerpo de humanos y animales, dirigiendo la producción de diversos antígenos en sus células. agentes infecciosos (vacunación de ADN). La nueva dirección SOLDADO AMERICANO. es la creación de vacunas comestibles a base de plantas transgénicas, como tomates, zanahorias, patatas, maíz, lechugas, etc., que producen proteínas inmunogénicas de agentes infecciosos.

Preocupaciones asociadas con los experimentos de ingeniería genética

Poco después de los primeros experimentos exitosos para obtener ADNc, un grupo de científicos dirigido por P. Berg propuso limitar la realización de una serie de experimentos de ingeniería genética. Estas preocupaciones se basaban en el hecho de que las propiedades de los organismos contenían genética extraña. La información es difícil de predecir. Pueden adquirir características indeseables y alterar el medio ambiente. equilibrio, conducen a la aparición y propagación de enfermedades inusuales en humanos, animales y plantas. Además, se observó que la intervención humana en los genes el aparato de los organismos vivos es inmoral y puede tener consecuencias sociales y éticas indeseables. En 1975, estos problemas se discutieron en una conferencia internacional. conferencia en Asilomar (EEUU). Sus participantes llegaron a la conclusión de que era necesario seguir utilizando los métodos G.I. pero sujeto al cumplimiento obligatorio de la definición. reglas y recomendaciones. Posteriormente, estas reglas, establecidas en varios países, se relajaron significativamente y se redujeron a los métodos habituales en microbiología. investigación, creación de especiales Dispositivos de protección que previenen la propagación de agentes biológicos. agentes en el medio ambiente, el uso de vectores seguros y células receptoras que no se reproducen en condiciones naturales.

A menudo bajo G.i. Entiendo que solo funciona con recDNA y como sinónimos de G.I. Se utilizan los términos “clonación molecular”, “clonación de ADN”, “clonación de genes”. Sin embargo, todos estos conceptos reflejan únicamente el contenido de operaciones de ingeniería genética individuales y, por lo tanto, no son equivalentes al término G.I. En Rusia, como sinónimo de G.I. El término "ingeniería genética" se utiliza ampliamente. Sin embargo, el contenido semántico de estos términos es diferente: G.i. tiene como objetivo crear organismos con nueva genética. programa, mientras que el término "ingeniería genética" explica cómo se hace esto, es decir, mediante manipulación genética.

Literatura

Shchelkunov S.N. Clonación de genes. Novosibirsk, 1986; watson j.., as j.,Kurtz D. ADN recombinante: un curso corto. M., 1986; Clonación de ADN. Métodos M., 1988; Novedades en clonación de ADN: Methods M., 1989. Shchelkunov S.N. Ingeniería genética. 2ª ed., Novosibirsk, 2004.